DE112013006240T5 - Multi-layer thin film for cutting tool and cutting tool with it - Google Patents

Multi-layer thin film for cutting tool and cutting tool with it Download PDF

Info

Publication number
DE112013006240T5
DE112013006240T5 DE112013006240.2T DE112013006240T DE112013006240T5 DE 112013006240 T5 DE112013006240 T5 DE 112013006240T5 DE 112013006240 T DE112013006240 T DE 112013006240T DE 112013006240 T5 DE112013006240 T5 DE 112013006240T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
thin film
cutting tool
multilayer
period
present disclosure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE112013006240.2T
Other languages
German (de)
Other versions
DE112013006240B4 (en
Inventor
Seung-Su Ahn
Jae-Hoon Kang
Je-Hun Park
Sung-Gu LEE
Sun-Yong Ahn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Korloy Inc
Original Assignee
Korloy Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Korloy Inc filed Critical Korloy Inc
Publication of DE112013006240T5 publication Critical patent/DE112013006240T5/en
Application granted granted Critical
Publication of DE112013006240B4 publication Critical patent/DE112013006240B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0641Nitrides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C30/00Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/38Nitrides
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B27/00Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24Vacuum evaporation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • C23C14/46Sputtering by ion beam produced by an external ion source
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/042Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material including a refractory ceramic layer, e.g. refractory metal oxides, ZrO2, rare earth oxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/044Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material coatings specially adapted for cutting tools or wear applications
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/40Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition
    • C23C28/44Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition characterized by a measurable physical property of the alternating layer or system, e.g. thickness, density, hardness
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02Epitaxial-layer growth
    • C30B25/10Heating of the reaction chamber or the substrate
    • C30B25/105Heating of the reaction chamber or the substrate by irradiation or electric discharge
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/60Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape characterised by shape
    • C30B29/68Crystals with laminate structure, e.g. "superlattices"
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24942Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including components having same physical characteristic in differing degree
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24942Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including components having same physical characteristic in differing degree
    • Y10T428/2495Thickness [relative or absolute]
    • Y10T428/24967Absolute thicknesses specified
    • Y10T428/24975No layer or component greater than 5 mils thick

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Vorgesehen ist eine mehrlagige Dünnschicht für ein Schneidwerkzeug, bei der mikroskalige Dünnschichten mit einer Dicke von wenigen Nanometern bis zu Zehnteln von Nanometern abwechselnd aufeinander gestapelt werden, die weniger Qualitätsunterschiede aufweist und dazu in der Lage ist, eine hervorragende Verschleißfestigkeit zu realisieren. Die mehrlagige Dünnschicht gemäß der vorliegenden Offenlegungsschrift ist eine mehrlagige Dünnschicht für ein Schneidwerkzeug, bei der Dünnschichteinheiten, die jeweils aus den Dünnschichten A, B, C, und D bestehen, mehr als einmal übereinander gestapelt werden, wobei die Elastizitätsmodule k der Dünnschichten die Verhältnisse kA > kB, kD > kC oder kC > kB, kD > kA erfüllen, die Gitterparameter L der Dünnschichten die Verhältnisse LA, LC > LB, LD oder LB, LD > LA, LC erfüllen, und eine Differenz zwischen den maximalen Werten und den minimalen Werten der Gitterparameter L 20 % oder weniger beträgt.There is provided a multi-layer thin film for a cutting tool in which micro-scale thin films ranging in thickness from a few nanometers to tenths of nanometers are stacked alternately, which has less quality differences and is capable of realizing excellent wear resistance. The multilayer thin film according to the present disclosure is a multilayer thin film for a cutting tool in which thin film units each consisting of the thin films A, B, C, and D are stacked more than once, wherein the moduli of elasticity of the thin films are KA > kB, kD> kC or kC> kB, kD> kA, the lattice parameters L of the thin films satisfy the ratios LA, LC> LB, LD or LB, LD> LA, LC, and a difference between the maximum values and the minimum ones Values of the lattice parameter L is 20% or less.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Offenlegungsschrift betrifft eine mehrlagige Dünnschicht für ein Schneidwerkzeug und insbesondere eine mehrlagige Dünnschicht für ein Schneidwerkzeug, bei der eine Übergitter-Dünnschicht mit einer Dicke von wenigen Nanometern bis zu Zehnteln von Nanometern in der Form von A-B-C-D oder A-B-C-B gestapelt ist, die weniger Qualitätsunterschiede aufweist und dazu in der Lage ist, eine hervorragende Verschleißfestigkeit zu realisieren.The present disclosure relates to a multi-layer thin film for a cutting tool, and more particularly to a multi-layer thin film for a cutting tool in which a superlattice thin film having a thickness of a few nanometers to tenths of nanometers is stacked in the form of ABCD or ABCB having less quality differences and is able to realize excellent wear resistance.

Stand der TechnikState of the art

Seit Ende der 1980er Jahre sind verschiedene TiN-basierte Mehrschichtfilmsysteme vorgeschlagen worden, um Materialien für ein Schneidwerkzeug mit einer großen Härte zu entwickeln.Since the late 1980s, various TiN-based multi-layer film systems have been proposed to develop materials for a cutting tool with a high hardness.

So bildet beispielsweise ein Mehrschichtfilm, der durch abwechselndes und wiederholtes Übereinanderstapeln von TiN oder VN zu einer Dicke von wenigen Nanometern gebildet wird, ein sogenanntes Übergitter mit einem einzigen Gitterparameter und kohärenten Schnittflächen zwischen den Schichten anstatt von Unterschieden in den Gitterparametern der einzelnen Schichten. Mit dieser Beschichtung kann eine doppelt so hohe oder noch größere Härte im Vergleich zu der allgemeinen Härte jeder einzelnen Schicht erzielt werden, so dass es inzwischen zahlreiche Versuche gab, dieses Phänomen für die Beschichtung von Schneidwerkzeugen zu nutzen.For example, a multilayer film formed by alternately and repeatedly stacking TiN or VN to a thickness of a few nanometers forms a so-called superlattice having a single lattice parameter and coherent intersectional areas instead of differences in the lattice parameters of the individual layers. With this coating, twice as high or even greater hardness compared to the general hardness of each individual layer can be achieved, so that there have been numerous attempts to use this phenomenon for the coating of cutting tools.

Zu Beispielen für Verstärkungsmechanismen, die für diese Übergitter-Beschichtungen verwendet werden, zählen Koehlers Modell, die Hall-Petch-Beziehung und ein Kohärenz-Spannunsgmodell, und diese Verstärkungsmechanismen beziehen sich auf einen Härteanstieg durch einen Unterschied zwischen den Gitterparametern von A und B, einen Unterschied zwischen den Elastizitätsmodulen von A und B und die Steuerung der Stapelperioden von A und B bei einer abwechselnden Aufbringung der Materialien A und B.Examples of reinforcement mechanisms used for these superlattice coatings include Koehler's model, the Hall-Petch relationship, and a coherence-strain model, and these reinforcement mechanisms refer to a hardness increase by a difference between the lattice parameters of A and B, a Difference between the moduli of elasticity of A and B and the control of the stacking periods of A and B with an alternating application of materials A and B.

Grundsätzlich ist es schwierig, durch das abwechselnde Stapeln von zwei Materialien zwei oder mehr Verstärkungsmechanismen anzuwenden. Insbesondere bereitet die Herstellung einer mehrlagigen Dünnschicht mit hervorragenden Verschleißeigenschaften und einer gleich bleibenden Qualität unter den Bedingungen der Massenfertigung Schwierigkeiten, bei der große Abweichungen in einer Stapelperiode der mehrlagigen Dünnschicht sowohl zwischen den verschiedenen Chargen als auch innerhalb einer Charge bestehen.Basically, it is difficult to apply two or more reinforcing mechanisms by alternately stacking two materials. In particular, the production of a multi-layer thin film having excellent wear characteristics and consistent quality under the conditions of mass production poses difficulties in which large deviations in a stacking period of the multi-layer thin film exist both between the various batches and within a batch.

Wie in 1 dargestellt, war es daher bei der Herstellung einer mehrlagigen Dünnschicht durch das abwechselnde Stapeln von zwei oder mehr Materialien konventionell üblich, das Stapeln so durchzuführen, dass eine elastische Periode und eine Gitterperiode zusammentreffen, wie in der US-Patentschrift Nr. 5,700,551 beschrieben. Allerdings ist es in diesem Fall schwierig, die zuvor genannten verschiedenen Verstärkungsmechanismen anzuwenden, so dass der Verbesserung der Verschleißfestigkeit der mehrlagigen Schicht hier Grenzen gesetzt sind.As in 1 Therefore, in producing a multilayer thin film by alternately stacking two or more materials, it has conventionally been conventional to perform stacking so that an elastic period and a grating period coincide, as in FIG U.S. Patent No. 5,700,551 described. However, in this case, it is difficult to apply the aforementioned various reinforcing mechanisms, so that the improvement of the wear resistance of the multilayered film is limited here.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Technische AufgabeTechnical task

Das Ziel der vorliegenden Offenlegungsschrift besteht darin, während der Herstellung der mehrlagigen Dünnschicht aus einem Übergitter eine mehrlagige Dünnschicht für ein Schneidwerkzeug bereitzustellen, die gegenüber konventionellen Übergitter-Beschichtungen eine bessere Verschleißfestigkeit aufweist, und ein mit der mehrlagigen Dünnschicht beschichtetes Schneidwerkzeug, durch Anpassen einer Gitterperiode und einer elastischen Periode der mehrlagigen Dünnschicht, so dass zwei oder mehr Dünnschicht-Verstärkungsmechanismen auf die mehrlagige Dünnschicht wirken.The object of the present disclosure is to provide a multilayer thin film for a cutting tool having superior wear resistance over conventional superlattice coatings during manufacture of the multilayer thin film from a superlattice, and a multi-layer thin film coated cutting tool, adjusting a grating period and an elastic period of the multilayer thin film so that two or more thin film reinforcing mechanisms act on the multilayer thin film.

Technische LösungTechnical solution

Um die oben genannte technische Aufgabe zu lösen, sieht die vorliegende Offenlegungsschrift eine mehrlagige Dünnschicht für ein Schneidwerkzeug vor, bei der Dünnschichteinheiten, die jeweils aus den Dünnschichten A, B, C, und D bestehen, mehr als einmal übereinander gestapelt werden, wobei die Elastizitätsmodule k der Dünnschichten die Verhältnisse kA > kB, kD > kC oder kC > kB, kD > kA erfüllen, die Gitterparameter L der Dünnschichten die Verhältnisse LA, LC > LB, LD oder LB, LD > LA, LC erfüllen, und eine Differenz zwischen den maximalen Werten und den minimalen Werten der Gitterparameter L 20 % oder weniger beträgt.In order to achieve the above technical object, the present disclosure provides a multilayer thin film for a cutting tool in which thin film units each consisting of the thin films A, B, C, and D are stacked more than once, the elastic moduli k of the thin films, the ratios k A> B k, k satisfy D> k A, the lattice parameter L k D> k C or C k> k B, of the thin films satisfy the ratios L A , L C > L B , L D or L B , L D > L A , L C , and a difference between the maximum values and the minimum values of the lattice parameters L is 20% or less.

Bei der mehrlagigen Dünnschicht gemäß der vorliegenden Offenlegungsschrift kann eine durchschnittliche Gitterperiode lL der mehrlagigen Dünnschicht die Hälfte einer durchschnittlichen elastischen Periode lk davon betragen.In the multilayer thin film according to the present disclosure, an average grating period l L of the multilayer thin film may be one half of an average elastic period l k thereof.

Bei der mehrlagigen Dünnschicht gemäß der vorliegenden Offenlegungsschrift kann die Dünnschichteinheit eine Dicke von 4 bis 50 nm und vorzugsweise 10 bis 30 nm aufweisen.In the multilayer thin film according to the present disclosure, the thin film unit may have a thickness of 4 to 50 nm, and preferably 10 to 30 nm.

Bei der mehrlagigen Dünnschicht gemäß der vorliegenden Offenlegungsschrift können die Dünnschichten B und D aus demselben Material bestehen.In the multilayer thin film according to the present disclosure, the thin films B and D may be made of the same material.

Darüber hinaus sieht die vorliegende Offenlegungsschrift ein Schneidwerkzeug vor, dessen Oberfläche mit der mehrlagigen Dünnschicht beschichtet ist.In addition, the present disclosure provides a cutting tool whose surface is coated with the multilayer thin film.

Vorteilhafte EffekteAdvantageous effects

Gemäß der vorliegenden Offenlegungsschrift können beim Formen einer mehrlagigen Übergitter-Dünnschicht solcher Art, dass vier oder mehr Dünnschichteinheiten zu einem Film laminiert werden und der laminierte Film anschließend wiederholt zu zwei oder mehr Schichten gestapelt wird, Veränderungen in Stapelperioden der Elastizitätsmodule und der Gitterparameter entsprechend der Stapelperiode der Dünnschichteinheit kontrolliert werden, wie in 2 dargestellt, so dass zwei oder mehr Verstärkungsmechanismen auf die mehrlagige Dünnschicht wirken. Folglich kann eine mehrlagige Dünnschicht für ein Schneidwerkzeug bereitgestellt werden, die weniger Qualitätsschwankungen und eine bessere Verschleißfestigkeit im Vergleich zu einer mehrlagigen Dünnschicht aufweist, auf die nur ein einzelner Verstärkungsmechanismus wirkt.According to the present disclosure, in forming a multilayer superlattice thin film of such a type that four or more thin film units are laminated into a film and the laminated film is then repeatedly stacked into two or more layers, changes in stacking periods of the elastic moduli and the lattice parameters corresponding to the stacking period can be made of the thin film unit, as in 2 so that two or more reinforcing mechanisms act on the multilayer thin film. As a result, a multi-layer thin film for a cutting tool can be provided which has less quality variations and better wear resistance compared to a multilayer thin film on which only a single reinforcing mechanism acts.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt die Beziehung zwischen einer elastischen Periode und einer Gitterperiode in einer konventionellen mehrlagigen Übergitter-Dünnschicht. 1 Fig. 14 shows the relationship between an elastic period and a grating period in a conventional multilayer superlattice thin film.

2 zeigt die Beziehung zwischen einer elastischen Periode und einer Gitterperiode in einer mehrlagigen Übergitter-Dünnschicht gemäß der vorliegenden Offenlegungsschrift. 2 Fig. 14 shows the relationship between an elastic period and a grating period in a multilayer superlattice thin film according to the present disclosure.

3 ist ein Graph, der die Veränderungen in einem Gitterparameter entsprechend dem Aluminiumgehalt in einer (Ti1-xAlx)N-basierten Dünnschicht aufzeigt. 3 Fig. 12 is a graph showing the changes in a lattice parameter corresponding to the aluminum content in a (Ti 1-x Al x ) N-based thin film.

4 zeigt Fotografien der Testergebnisse der Schneidleistung einer mehrlagigen Dünnschicht gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Offenlegungsschrift und einer mehrlagigen Dünnschicht gemäß einem Vergleichsbeispiel. 4 Fig. 14 shows photographs of the test results of the cutting performance of a multilayer thin film according to Example 1 of the present disclosure and a multilayer thin film according to a comparative example.

5 zeigt Fotografien der Testergebnisse der Schneidleistung einer mehrlagigen Dünnschicht gemäß Beispiel 2 der vorliegenden Offenlegungsschrift und einer mehrlagigen Dünnschicht gemäß einem Vergleichsbeispiel. 5 Fig. 12 shows photographs of the test results of the cutting performance of a multilayer thin film according to Example 2 of the present disclosure and a multilayer thin film according to a comparative example.

Ausführungsmodus der ErfindungEmbodiment mode of the invention

Nachfolgend wird die vorliegende Offenlegungsschrift ausführlich auf Basis von bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben, wobei die erfinderische Idee nicht auf die unten stehenden Ausführungsbeispiele beschränkt ist.Hereinafter, the present disclosure will be described in detail based on preferred embodiments, and the inventive idea is not limited to the embodiments below.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung fanden heraus, dass, wenn sich eine elastische Periode und eine Gitterperiode beim Stapeln einer Dünnschichteinheit unterschiedlich zueinander verhalten, anstatt sich zu decken, zwei oder mehr Verstärkungsmechanismen (d. h. der Mechanismus des Koehler's Modell und der Mechanismus der Hall-Petch-Beziehung) effektiv wirken können, insbesondere bei einer laminierten Übergitter-Dünnschicht, wodurch die Verschleißfestigkeit der mehrlagigen Dünnschicht verbessert wird, während gleichzeitig die Qualitätsschwankungen bei der Massenfertigung gegenüber einer mehrlagigen Dünnschicht reduziert werden können, bei der hauptsächlich ein einziger Verstärkungsmechanismus wirkt, und schlossen damit die vorliegende Erfindung ab.The inventors of the present invention found that, when an elastic period and a grating period when stacking a thin film unit behave differently from each other instead of coinciding, two or more amplification mechanisms (ie, the mechanism of the Koehler's model and the mechanism of the Hall-Petch). Relationship), particularly in a laminated superlattice film, whereby the wear resistance of the multilayer film is improved, while at the same time reducing quality variations in mass production over a multilayer film in which mainly a single reinforcing mechanism acts, thus completing the present invention.

Die mehrlagige Dünnschicht gemäß der vorliegenden Offenlegungsschrift ist eine mehrlagige Dünnschicht für ein Schneidwerkzeug, bei der eine Dünnschicht, die durch sequenzielles Stapeln von Dünnschichteinheiten gebildet wird, welche jeweils aus den Dünnschichten A, B, C, und D bestehen, wiederholt zu zwei oder mehr Schichten übereinander gestapelt wird, wobei die Elastizitätsmodule k der Dünnschichteinheiten die Verhältnisse kA > kB, kD > kC oder kC > kB, kD > kA erfüllen, die Gitterparameter L der Dünnschichteinheiten die Verhältnisse LA, LC > LB, LD oder LB, LD > LA, LC erfüllen, und eine Differenz zwischen den maximalen Werten und den minimalen Werten der Gitterparameter L 20 % oder weniger beträgt. The multilayer thin film according to the present disclosure is a multilayer thin film for a cutting tool in which a thin film formed by sequentially stacking thin film units each consisting of the thin films A, B, C, and D repeats into two or more layers stacked on top of each other, wherein the moduli of elasticity k of the thin-film units satisfy the ratios k A > k B , k D > k C or k C > k B , k D > k A , the lattice parameters L of the thin-film units are L A , L C > L B , L D or L B , L D > L A , L C , and a difference between the maximum values and the minimum values of the lattice parameters L is 20% or less.

2 zeigt ein Beispiel der Beziehung zwischen einer elastischen Periode und einer Gitterperiode in einer mehrlagigen Übergitter-Dünnschicht gemäß der vorliegenden Offenlegungsschrift. Wie in 2 dargestellt, ist zu erkennen, dass die mehrlagige Übergitter-Dünnschicht sich darin von 1 unterscheidet, dass die elastische Periode (blau) etwa zweimal so groß wie die Gitterperiode (rot) ist und sich die elastische Periode und die Gitterperiode somit nicht decken. 2 FIG. 16 shows an example of the relationship between an elastic period and a grating period in a multilayer superlattice thin film according to the present disclosure. FIG. As in 2 4, it can be seen that the multi-layered superlattice thin film differs in that from FIG 1 distinguishes that the elastic period (blue) is about twice as large as the grating period (red) and thus the elastic period and the grating period do not coincide.

In dem Koehler-Modell zum Elastizitätsmodul ist beschrieben, dass der Verstärkungseffekt dann entsteht, wenn die Dicke der Dünnschichten A und B so klein wird, dass sie weniger oder gleich 20 bis 30 nm wird, entsprechend einer Dicke von etwa 100 Atomschichten, wobei es sich um eine kritische Dicke handelt, bei der es schwierig ist, eine Versetzung zu erzeugen. Die erfinderische Idee besteht darin, dass die elastische Periode und die Gitterparameterperiode in Nichtübereinstimmung zueinander angepasst werden, so dass die zwei Verstärkungseffekte erzeugt werden können.In the Koehler elastic modulus model, it is described that the reinforcing effect arises when the thickness of the thin films A and B becomes so small as to become less than or equal to 20 to 30 nm, corresponding to a thickness of about 100 atomic layers is a critical thickness at which it is difficult to produce a dislocation. The inventive idea is that the elastic period and the lattice parameter period are adjusted in disagreement with each other so that the two amplification effects can be generated.

Ferner ist es schwierig, das Übergitter zu bilden, wenn die Differenz zwischen den maximalen Werten und den minimalen Werten des Gitterparameters L größer als 20 % ist. Daher wird der Gitterparameter vorzugsweise so angepasst, dass die Differenz in dem Bereich von 20 %, oder wenn möglich weniger liegt.Further, it is difficult to form the superlattice when the difference between the maximum values and the minimum values of the lattice parameter L is larger than 20%. Therefore, the grating parameter is preferably adjusted so that the difference is in the range of 20%, or less if possible.

Bei der mehrlagigen Dünnschicht gemäß der vorliegenden Offenlegungsschrift ist vorgesehen, dass die Dünnschichteinheiten aus vier Schichten bestehen und das Stapeln jeder Dünnschichteinheit in der Reihenfolge A-B-C-D oder A-B-C-B erfolgt. Das heißt, dass die zweite und vierte Schicht aus unterschiedlichen Materialien oder demselben Material geformt sein können.In the multilayer thin film according to the present disclosure, it is provided that the thin film units consist of four layers, and the stacking of each thin film unit is performed in the order of A-B-C-D or A-B-C-B. That is, the second and fourth layers may be formed of different materials or the same material.

Des Weiteren fällt eine Differenz zwischen einer durchschnittlichen elastischen Periode und einer durchschnittlichen Gitterparameterperiode in den Geltungsbereich der vorliegenden Offenlegungsschrift, und vorzugsweise ist die durchschnittliche elastische Periode doppelt so breit wie die durchschnittliche Gitterperiode.Further, a difference between an average elastic period and an average lattice parameter period falls within the scope of the present disclosure, and preferably, the average elastic period is twice as wide as the average lattice period.

[Beispiel][Example]

Vor dem Bilden einer mehrlagigen Übergitter-Dünnschicht, bei der eine Dünnschicht aus vier Dünnschichteinheiten wiederholt zu zwei oder mehr Schichten gestapelt wird, wurde eine einlagige Dünnschicht aufgebracht, um den Elastizitätsmodul jeder Dünnschichteinheit zu messen und den Elastizitätsmodul jeder Dünnschichteinheit zu bestätigen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt.Before forming a multilayer superlattice thin film in which a thin film of four thin film units is repeatedly stacked into two or more layers, a single-layer thin film was applied to measure the Young's modulus of each thin film unit and to confirm the Young's modulus of each thin film unit. The results are shown in Table 1.

Zum Aufbringen der Dünnschichteinheit wurde die Lichtbogenionenplattierung eingesetzt, bei der sich um ein Vakuumaufdampfverfahren (PVD) handelt. Der Anfangsvakuumdruck wurde auf 8,5 × 10–5 Torr oder weniger gesenkt, anschließend wurde N2 als ein Reaktionsgas eingeleitet, und die Beschichtung erfolgte unter der Bedingung eines Reaktionsgasdrucks von 40 mTorr oder weniger (vorzugsweise 10 bis 35 mTorr), einer Temperatur von 400 bis 600 °C und einer Substrat-Vorspannung von –30 bis –150 V. Tabelle 1 Dünnschicht Zielzusammensetzung (in %) Elastizitätsmodul k (GPa) TiN Ti = 99,9 416 TiAlN Ti:Al = 75:25 422 TiAlN Ti:Al = 50:50 430 AlTiN Ti:Al = 33:67 398 CrN Cr = 99,9 475 CrAlN Cr:Al = 50:50 367 AlCrN Cr:Al = 30:70 403 AlCrSiN Cr:Al:Si = 30:65:5 338 For applying the thin film unit, arc ion plating was used, which is a vacuum evaporation method (PVD). The initial vacuum pressure was lowered to 8.5 × 10 -5 Torr or less, then N 2 was introduced as a reaction gas, and the coating was carried out under the condition of a reaction gas pressure of 40 mTorr or less (preferably 10 to 35 mTorr), a temperature of 400 to 600 ° C and a substrate bias of -30 to -150 V. Table 1 thin Target composition (in%) Young's modulus k (GPa) TiN Ti = 99.9 416 TiAlN Ti: Al = 75:25 422 TiAlN Ti: Al = 50:50 430 AlTiN Ti: Al = 33:67 398 CrN Cr = 99.9 475 CrAlN Cr: Al = 50:50 367 AlCrNN Cr: Al = 30:70 403 AlCrSiN Cr: Al: Si = 30: 65: 5 338

Die Gitterparameter der einzelnen Dünnschichteinheiten, welche die mehrlagige Dünnschicht bilden, können unter Verwendung einer Röntgenbeugungsanalyse nach dem Bilden der einlagigen Dünnschicht ermittelt werden, doch wurden die Gitterparameter der einzelnen Dünnschichteinheiten in dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenlegungsschrift unter Verwendung von Atomradius, Ionenradius und Kovalenzradius bestimmt, die aus vorhandenen Experimenten und Theorien stammten. Speziell der Gitterparameter wurde durch quantitative Anwendung des Kovalenzradius auf eine B1 HCP-Struktur entsprechend dem Atomverhältnis berechnet.The lattice parameters of the individual thin film units forming the multilayer thin film can be determined by using X-ray diffraction analysis after forming the single-layer thin film, but the lattice parameters of the individual thin film units in the embodiment of the present disclosure were determined using atomic radius, ion radius and covalent radius came from existing experiments and theories. Specifically, the lattice parameter was calculated by quantitatively applying the covalent radius to a B1 HCP structure in accordance with the atomic ratio.

Wie in 3 dargestellt, neigt der Gitterparameter im Fall der (Ti1-xAlx)N-basierten Dünnschicht dazu, mit zunehmendem Aluminiumgehalt annähernd linear abzunehmen, so dass der Gitterparameter der (Ti1-xAlx)N-basierten Dünnschicht durch die Gleichung 1 unten erhalten werden kann.As in 3 In the case of the (Ti 1-x Al x ) N-based thin film, the lattice parameter tends to decrease approximately linearly with increasing aluminum content, so that the lattice parameter of the (Ti 1-x Al x ) N-based thin film is represented by Equation 1 can be obtained below.

[Gleichung 1][Equation 1]

  • Gitterparameter: a = 4,24 Å – 0,125 x Å (x ist ein Molverhältnis von Aluminium)Lattice parameters: a = 4.24 Å - 0.125 x Å (x is a molar ratio of aluminum)

Beispiel 1example 1

In Beispiel 1 der vorliegenden Offenlegungsschrift wurde die Herstellung einer TiAlN-basierten mehrlagigen Dünnschicht nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Offenlegungsschrift mit der Herstellung einer TiAlN-basierten mehrlagigen Dünnschicht nach einem konventionellen Verfahren verglichen.In Example 1 of the present disclosure, the production of a TiAlN-based multilayer thin film according to the method of the present disclosure was compared with the production of a TiAlN-based multilayer thin film according to a conventional method.

Die Stapelstrukturen und Zusammensetzungen der mehrlagigen Dünnschicht wurden festgelegt, wie in Tabelle 2 unten dargestellt. Eine Dünnschicht, bestehend aus vier Dünnschichteinheiten, wurde insgesamt 180 mal wiederholt gestapelt, so dass eine durchschnittliche Gitterperiode 5 bis 10 nm betrug und die elastische Periode 10 bis 20 nm betrug, und so eine mehrlagige Dünnschicht mit einer endgültigen Schichtdicke von 2,6 bis 3,2 µm erhalten wurde. In diesem Fall wurde A30 (Modell Nr. SPKN1504EDSR), bei dem es sich um ein P30-Material handelt, das bei Korloy erhältlich ist, als ein Substrat verwendet, auf das die mehrlagige Dünnschicht aufgebracht wurde. Tabelle 2 Dünnschicht Ziel A B C D Anmerkung 1-1 Zusammensetzung Ti:Al = 50:50 Ti:Al = 75:25 Ti:Al = 33:67 Ti:Al = 75:25 Beispiel Gitterparameter 423 442,5 409,7 442,5 Elastizitätsmodul 430 422 398 422 1-2 Zusammensetzung Ti:Al = 33:67 Ti:Al = 33:67 Ti:Al = 75:25 Ti:Al = 75:25 Vergleichsbeispiel Gitterparameter 409,7 409,7 442,5 442,5 Elastizitätsmodul 398 398 422 422 1-3 Zusammensetzung Ti:Al = 33:67 Ti:Al = 75:25 Ti:Al = 33:67 Ti:Al = 75:25 Vergleichsbeispiel Gitterparameter 409,7 442,5 409,7 442,5 Elastizitätsmodul 398 422 398 422 1-4 Zusammensetzung Ti:Al = 33:67 Ti:Al = 33:67 Ti:Al = 50:50 Ti:Al = 50:50 Vergleichsbeispiel Gitterparameter 409,7 409,7 423 423 Elastizitätsmodul 398 398 430 430 1-5 Zusammensetzung Ti:Al = 33:67 Ti:Al = 50:50 Ti:Al = 33:67 Ti:Al = 50:50 Vergleichsbeispiel Gitterparameter 409,7 423 409,7 423 Elastizitätsmodul 398 430 398 430 The stack structures and multilayer thin film compositions were determined as shown in Table 2 below. A thin film consisting of four thin film units was stacked a total of 180 times so that an average grating period was 5 to 10 nm and the elastic period was 10 to 20 nm, and thus a multilayer film having a final film thickness of 2.6 to 3 , 2 μm was obtained. In this case, A30 (Model No. SPKN1504EDSR), which is a P30 material available from Korloy, was used as a substrate to which the multilayer thin film was applied. Table 2 thin aim A B C D annotation 1-1 composition Ti: Al = 50:50 Ti: Al = 75:25 Ti: Al = 33:67 Ti: Al = 75:25 example lattice parameters 423 442.5 409.7 442.5 modulus of elasticity 430 422 398 422 1-2 composition Ti: Al = 33:67 Ti: Al = 33:67 Ti: Al = 75:25 Ti: Al = 75:25 Comparative example lattice parameters 409.7 409.7 442.5 442.5 modulus of elasticity 398 398 422 422 1-3 composition Ti: Al = 33:67 Ti: Al = 75:25 Ti: Al = 33:67 Ti: Al = 75:25 Comparative example lattice parameters 409.7 442.5 409.7 442.5 modulus of elasticity 398 422 398 422 1-4 composition Ti: Al = 33:67 Ti: Al = 33:67 Ti: Al = 50:50 Ti: Al = 50:50 Comparative example lattice parameters 409.7 409.7 423 423 modulus of elasticity 398 398 430 430 1-5 composition Ti: Al = 33:67 Ti: Al = 50:50 Ti: Al = 33:67 Ti: Al = 50:50 Comparative example lattice parameters 409.7 423 409.7 423 modulus of elasticity 398 430 398 430

In Tab. 2 lautet die Einheit des Gitterparameters Å und die Einheit des Elastizitätsmoduls ist GPa.In Table 2, the unit of the lattice parameter is Å and the unit of elastic modulus is GPa.

Für die Evaluation der Schneidleistung der wie oben aufgebrachten mehrlagigen Dünnschicht wurde SKD11 (Breite: 100 mm, Länge: 300 mm) als Werkstück verwendet, und die Zerspanung erfolgte unter trockenen Bedingungen bei einer Schnittgeschwindigkeit von 250 m/Min., einem Vorschub pro Zahn von 0,2 mm/Zahn und einem Vorschub von 2 mm. Die Schneidleistung wurde durch Vergleichen des Verschleißes nach dem Zerspanen von 900 mm evaluiert. Die Ergebnisse sind in 4 aufgeführt.SKD11 (width: 100 mm, length: 300 mm) was used as a workpiece for the evaluation of the cutting performance of the multilayer thin film applied above, and the cutting was carried out under dry conditions at a cutting speed of 250 m / min, a feed per tooth of 0.2 mm / tooth and a feed of 2 mm. The cutting performance was evaluated by comparing the wear after chipping of 900 mm. The results are in 4 listed.

Wie in 4 zu sehen, entwickelt sich der Verschleiß während des Zerspanens des SKD11 vorwiegend als Kolkverschleiß, und es kann bestätigt werden, dass die Kolkverschleiß-Eigenschaften in Beispiel 1-1 im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen 1-2 bis 1-5 verbessert sind.As in 4 As shown, wear during chipping of the SKD11 mainly develops as a scoring wear, and it can be confirmed that the scoring characteristics in Example 1-1 are improved as compared with Comparative Examples 1-2 to 1-5.

Beispiel 2Example 2

In Beispiel 2 der vorliegenden Offenlegungsschrift wurde die Herstellung einer AlCr-basierten mehrlagigen Dünnschicht nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Offenlegungsschrift mit der Herstellung einer AlCr-basierten mehrlagigen Dünnschicht nach einem konventionellen Verfahren verglichen.In Example 2 of the present disclosure, the production of an AlCr-based multi-layer thin film according to the method of the present disclosure was compared with the production of an AlCr-based multi-layer thin film by a conventional method.

Die Stapelstrukturen und Zusammensetzungen der mehrlagigen Dünnschicht wurden festgelegt, wie in Tabelle 3 unten dargestellt. Eine Dünnschicht, bestehend aus vier Dünnschichteinheiten, wurde insgesamt 180 mal wiederholt gestapelt, so dass eine durchschnittliche Gitterperiode 5 bis 10 nm betrug und die elastische Periode 10 bis 20 nm betrug, und so eine mehrlagige Dünnschicht mit einer endgültigen Schichtdicke von 2,3 bis 2,6 µm erhalten wurde. In diesem Fall wurde ein K44UF-Material (Modell Nr. BE2060), erhältlich bei KFC Co., als Substrat verwendet, auf das die mehrlagige Dünnschicht aufgebracht wurde. Tabelle 3 Dünnschicht Betrachtungseinheit A B C D Anmerkung 2-1 Zusammensetzung Cr:Al:Si = 30:65:5 Cr:Al = 50:50 Cr:Al = 30:70 Cr:Al = 50:50 Beispiel Gitterparameter 393,8 402 382,7 402 Elastizitätsmodul 338 367 403 367 2-2 Zusammensetzung Cr = 99,9 Cr:Al = 30:70 Cr:Al = 50:50 Cr:Al = 30:70 Beispiel Gitterparameter 420 382,7 402 382,7 Elastizitätsmodul 475 403 367 403 2-3 Zusammensetzung Cr:Al = 30:70 Cr:Al = 50:50 Cr:Al = 30:70 Cr:Al = 50:50 Vergleichsbeispiel Gitterparameter 382,7 402 382,7 402 Elastizitätsmodul 403 367 403 367 The stack structures and compositions of the multilayer thin film were determined as shown in Table 3 below. A thin film consisting of four thin film units was stacked a total of 180 times so that an average grating period was 5 to 10 nm and the elastic period was 10 to 20 nm, and thus a multilayer film having a final film thickness of 2.3 to 2 , 6 μm was obtained. In this case, a K44UF material (Model No. BE2060) available from KFC Co. was used as a substrate to which the multilayer thin film was applied. Table 3 thin viewing unit A B C D annotation 2-1 composition Cr: Al: Si = 30: 65: 5 Cr: Al = 50:50 Cr: Al = 30:70 Cr: Al = 50:50 example lattice parameters 393.8 402 382.7 402 modulus of elasticity 338 367 403 367 2-2 composition Cr = 99.9 Cr: Al = 30:70 Cr: Al = 50:50 Cr: Al = 30:70 example lattice parameters 420 382.7 402 382.7 modulus of elasticity 475 403 367 403 2-3 composition Cr: Al = 30:70 Cr: Al = 50:50 Cr: Al = 30:70 Cr: Al = 50:50 Comparative example lattice parameters 382.7 402 382.7 402 modulus of elasticity 403 367 403 367

In Tab. 3 lautet die Einheit des Gitterparameters Å und die Einheit des Elastizitätsmoduls ist GPa.In Table 3, the unit of the lattice parameter is Å and the unit of elastic modulus is GPa.

Für die Evaluation der Schneidleistung der wie oben aufgebrachten mehrlagigen Dünnschicht wurde SM45C (Breite: 90 mm, Länge: 300 mm) als Werkstück verwendet, und die Zerspanung erfolgte unter trockenen Bedingungen bei einer Schnittgeschwindigkeit von 250 m/Min., einem Vorschub pro Zahn von 0,2 mm/Zahn und einem Vorschub von 2 mm. Der Verschleiß wurde nach dem Zerspanen von 12.000 Millimetern verglichen. Die Ergebnisse sind in 5 zu sehen.For the evaluation of the cutting performance of the multilayer thin film applied above, SM45C (width: 90 mm, length: 300 mm) was used as a workpiece, and the cutting was performed under dry conditions at a cutting speed of 250 m / min., A feed per tooth of 0.2 mm / tooth and a feed of 2 mm. The wear was compared after the cutting of 12,000 millimeters. The results are in 5 to see.

Wie in 5 zu erkennen, zeigen die Beispiele 2-1 und 2-2 der vorliegenden Offenlegungsschrift bessere Kolkverschleiß-Eigenschaften und Freiflächenverschleiß-Eigenschaften als das Vergleichsbeispiel 2-3.As in 5 As can be seen, Examples 2-1 and 2-2 of the present disclosure show better scoring wear characteristics and flank wear characteristics than Comparative Example 2-3.

Das heißt, dass eine mehrlagige Übergitter-Dünnschicht, die solcherart gestapelt wird, dass die elastische Periode und die Gitterperiode gemäß der vorliegenden Offenlegungsschrift gesteuert werden, bessere Verschleißeigenschaften gegenüber anderen Fällen aufweist.That is, a multilayer superlattice thin film stacked such that the elastic period and the grating period are controlled according to the present disclosure has better wear properties over other cases.

Claims (5)

Mehrlagige Dünnschicht für ein Schneidwerkzeug, bei der Dünnschichteinheiten, die jeweils aus Dünnschichten A, B, C und D gebildet sind, mehr als einmal gestapelt sind, wobei die Elastizitätsmodule k der Dünnschichten die Bedingungen kA > kB, kD > kC oder kC > kB, kD > kA erfüllen, die Gitterparameter L der Dünnschichten die Bedingungen LA, LC > LB, LD oder LB, LD > LA, LC erfüllen, und eine Differenz zwischen den maximalen und minimalen Werten des Gitterparameters L 20 % oder weniger beträgt.Multilayer thin film for a cutting tool in which thin film units each formed of thin films A, B, C and D are stacked more than once, wherein the moduli of elasticity k of the films are k A > k B , k D > k C or k C> k B satisfying k D> k a, the lattice parameter L of the thin films meet the conditions L a, L C> L B, L D or L B, L D> L a, L C, and a difference between the maximum and minimum values of the lattice parameter L is 20% or less. Mehrlagige Dünnschicht nach Anspruch 1, wobei eine durchschnittliche Gitterparameterperiode lL der mehrlagigen Dünnschicht die Hälfte einer durchschnittlichen Elastizitätsmodulperiode lk davon beträgt.The multi-layer thin film according to claim 1, wherein an average lattice parameter period ℓ L of the multilayer thin film is half of an average Young's modulus period ℓ k thereof. Mehrlagige Dünnschicht nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Dünnschichteinheit eine Dicke von 4 bis 50 nm aufweist.The multi-layer thin film according to claim 1 or 2, wherein the thin film unit has a thickness of 4 to 50 nm. Mehrlagige Dünnschicht nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Dünnschichten B und D aus demselben Material bestehen.The multi-layer thin film according to claim 1 or 2, wherein the thin films B and D are made of the same material. Schneidwerkzeug, das mit der mehrlagigen Dünnschicht nach Anspruch 1 oder 2 beschichtet ist.A cutting tool coated with the multilayer thin film according to claim 1 or 2.
DE112013006240.2T 2012-12-27 2013-11-14 Multi-layer thin film for cutting tool and cutting tool with it Active DE112013006240B4 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120155125A KR101471257B1 (en) 2012-12-27 2012-12-27 Multilayered thin layer for cutting tools and cutting tools comprising the same
KR10-2012-0155125 2012-12-27
PCT/KR2013/010334 WO2014104573A1 (en) 2012-12-27 2013-11-14 Multilayer thin film for cutting tool and cutting tool comprising same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE112013006240T5 true DE112013006240T5 (en) 2015-10-08
DE112013006240B4 DE112013006240B4 (en) 2023-06-29

Family

ID=51021526

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112013006267.4T Ceased DE112013006267T5 (en) 2012-12-27 2013-05-21 Multi-layer thin film for cutting tool and cutting tool with it
DE112013006240.2T Active DE112013006240B4 (en) 2012-12-27 2013-11-14 Multi-layer thin film for cutting tool and cutting tool with it

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112013006267.4T Ceased DE112013006267T5 (en) 2012-12-27 2013-05-21 Multi-layer thin film for cutting tool and cutting tool with it

Country Status (6)

Country Link
US (2) US20150337459A1 (en)
KR (1) KR101471257B1 (en)
CN (2) CN104884668B (en)
DE (2) DE112013006267T5 (en)
RU (1) RU2613258C2 (en)
WO (2) WO2014104495A1 (en)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10036472B2 (en) 2016-03-04 2018-07-31 Kabushiki Kaisha Riken Sliding member and piston ring
JP6181905B1 (en) * 2016-03-04 2017-08-16 株式会社リケン Sliding member and piston ring
EP3228726A1 (en) * 2016-04-08 2017-10-11 Seco Tools Ab Coated cutting tool
JP6791809B2 (en) * 2017-05-31 2020-11-25 住友電気工業株式会社 Surface coating cutting tool
US11709155B2 (en) 2017-09-18 2023-07-25 Waters Technologies Corporation Use of vapor deposition coated flow paths for improved chromatography of metal interacting analytes
US11709156B2 (en) 2017-09-18 2023-07-25 Waters Technologies Corporation Use of vapor deposition coated flow paths for improved analytical analysis
DE102017219639A1 (en) * 2017-11-06 2019-05-09 Siemens Aktiengesellschaft Layer system with hard and soft layers and shovel
BR112021014871A2 (en) * 2019-02-01 2021-10-05 Oerlikon Surface Solutions Ag, Pfäffikon HIGH PERFORMANCE TOOL COATING FOR PRESSURE HARDNESS OF COATED AND UNCOATED ULTRA-HIGH STRENGTH STEEL METAL SHEET
US11918936B2 (en) 2020-01-17 2024-03-05 Waters Technologies Corporation Performance and dynamic range for oligonucleotide bioanalysis through reduction of non specific binding
JP7422863B2 (en) * 2020-03-27 2024-01-26 京セラ株式会社 Coated tools and cutting tools
JP7422862B2 (en) * 2020-03-27 2024-01-26 京セラ株式会社 Coated tools and cutting tools
CN111826611A (en) * 2020-07-22 2020-10-27 常州夸克涂层科技有限公司 AlTiN gradient hard coating and preparation method thereof
JP7312382B2 (en) * 2021-03-18 2023-07-21 株式会社タンガロイ coated cutting tools

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2999346B2 (en) 1993-07-12 2000-01-17 オリエンタルエンヂニアリング株式会社 Substrate surface coating method and coating member
JP3427448B2 (en) * 1993-11-08 2003-07-14 住友電気工業株式会社 Ultra-thin laminate
DE19526387C2 (en) 1994-07-19 1998-12-10 Sumitomo Metal Mining Co Double-coated composite steel article and method for its production
DE69527236T2 (en) * 1994-09-16 2003-03-20 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Multi-layer film made of ultra-fine particles and hard composite material for tools that contain this film
JP3394021B2 (en) * 2000-06-30 2003-04-07 日立ツール株式会社 Coated cutting tool
JP4427271B2 (en) * 2003-04-30 2010-03-03 株式会社神戸製鋼所 Alumina protective film and method for producing the same
KR100522542B1 (en) * 2003-06-04 2005-10-20 주식회사 맥스플라즈마 Superhard WC-TiAlN superlattice compound coating layer
CN1279207C (en) * 2004-08-05 2006-10-11 上海交通大学 TiN/SiO2 nano multilayer membrane and its preparing method
JP4518259B2 (en) * 2004-11-09 2010-08-04 三菱マテリアル株式会社 A surface-coated cermet cutting tool that exhibits excellent chipping resistance with a hard coating layer in high-speed intermittent cutting
JP4373897B2 (en) * 2004-11-25 2009-11-25 日立ツール株式会社 Hard film coating member and coating method thereof
JP4773779B2 (en) * 2005-09-06 2011-09-14 キヤノン株式会社 Image forming system, image forming system control method, and image forming apparatus
RU2308538C1 (en) * 2006-06-19 2007-10-20 Общество с ограниченной ответственностью научно-производственная фирма "ЭЛАН-ПРАКТИК" Device for applying multi-layer coatings
IL182344A (en) * 2007-04-01 2011-07-31 Iscar Ltd Cutting insert having ceramic coating
CN101200797B (en) * 2007-11-21 2011-01-12 中南大学 PVD nano multiple-layer coating for cutting stainless steel and preparation method thereof
RU2360032C1 (en) * 2007-12-10 2009-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "Специальные технологии" Method of obtaining wear-resisting ultra-hard coatings
US7597511B2 (en) * 2007-12-28 2009-10-06 Mitsubishi Materials Corporation Surface-coated cutting tool with hard coating layer having excellent abrasion resistance
KR100876366B1 (en) * 2008-04-24 2008-12-31 한국야금 주식회사 Multilayer with antiwear and antishockcoated to cutting tool
KR100900529B1 (en) * 2008-07-16 2009-06-02 한국야금 주식회사 Multi-layer with superior antiwear and toughness to cutting tool
WO2011109016A1 (en) * 2009-03-03 2011-09-09 Diamond Innovations, Inc. Thick thermal barrier coating for superabrasive tool
CN102725434B (en) * 2010-02-04 2014-10-29 欧瑞康贸易股份公司(特吕巴赫) Cutting tools with Al-Cr-b-N / Ti-Al-N multilayer coatings
KR101190324B1 (en) * 2010-02-11 2012-10-11 대구텍 유한회사 Cutting tool
JP5010707B2 (en) * 2010-04-13 2012-08-29 ユニオンツール株式会社 Hard coating for cutting tools
RU2433209C1 (en) * 2010-06-15 2011-11-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" Method for obtaining wear-resistant and thermodynamically resistant multi-layer coating on basis of high-melting metals and their compounds
CN103168113B (en) * 2010-10-29 2015-01-07 株式会社神户制钢所 Hard film coated member and method for forming hard coating film
US8409702B2 (en) * 2011-02-07 2013-04-02 Kennametal Inc. Cubic aluminum titanium nitride coating and method of making same
CN102242338B (en) * 2011-06-28 2013-04-10 株洲钻石切削刀具股份有限公司 Composite coated cutting tool containing periodic coating and preparation method thereof
CN102230117B (en) * 2011-08-01 2012-10-10 重庆大学 Magnesium-aluminium-calcium wrought magnesium alloy with rare earth neodymium and preparation method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
DE112013006240B4 (en) 2023-06-29
CN104884668A (en) 2015-09-02
CN104870684B (en) 2017-09-08
US20150337459A1 (en) 2015-11-26
KR101471257B1 (en) 2014-12-09
RU2015130314A (en) 2017-01-31
RU2613258C2 (en) 2017-03-15
DE112013006267T5 (en) 2015-09-24
WO2014104573A1 (en) 2014-07-03
WO2014104495A1 (en) 2014-07-03
US20150307998A1 (en) 2015-10-29
CN104884668B (en) 2017-09-01
CN104870684A (en) 2015-08-26
KR20140085016A (en) 2014-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112013006240B4 (en) Multi-layer thin film for cutting tool and cutting tool with it
DE112013002291T9 (en) Hard coating for a cutting tool
DE112011101826B4 (en) Multilayer nitride hard coatings, hard coated article and method of making same
DE112016004255T5 (en) Hard coating for a cutting tool
DE69128480T2 (en) WITH A BONDED CVD AND PVD LAYER-COVERED CUTTING TOOL
DE602006000601T2 (en) Surface coated cermet cutter with hard coating layer and excellent chip resistance in high speed cutting
DE69509035T3 (en) Coated cemented tungsten carbide-based blade
DE69314223T2 (en) Coated carbide bodies and process for their manufacture
DE112009000799T5 (en) Multilayer hardcover for indexable insert
DE112013003182T5 (en) Surface coated cutting tool
DE102008013965A1 (en) Hard material coated body
DE112018004782T5 (en) Hard layer with high wear resistance and toughness
DE112016003954B4 (en) Coated tool
DE2263210B2 (en) WEAR PART MADE OF CARBIDE, ESPECIALLY FOR TOOLS
EP2163661A1 (en) Hob tool with a coating and method for recoating a hob tool
DE2511242A1 (en) CUTTING TOOL WITH LAMINATED CARBIDE INSERT
DE102004014466B4 (en) Use of a hard material layer as coating of a sliding component for a hydraulic component in an aqueous environment
DE112013002302T5 (en) Hard coating for a cutting tool
DE69924341T2 (en) Wear-resistant coated part
DE112009005368T5 (en) HARD COAT AND TOOL COATED TOOL
EP0801144B1 (en) Element with a wear resistant layer, and process for the manufacture of such an element
EP3074549A1 (en) Hard material layer for reducing heat input into a coated substrate
DE112013002278B4 (en) Hard coating for a cutting tool
DE112015005009B4 (en) cutting tool
DE112012001830B4 (en) Cutting tool

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: C23C0014460000

Ipc: C23C0014060000

R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final